筛表合集（素数筛 欧拉函数筛 莫比乌斯函数筛）

【目录】

一、素数筛

1.素数判断

2.素数普通筛

3.素数线性筛

4.素数区间筛

二、欧拉函数筛

三、莫比乌斯函数筛

【素数筛】

1.直接判定质数

bool judgePrime( int num )
{
    if(num < 2 )    return 0;
    int tmp =sqrt( num );
    for(int i= 2; i <=tmp; i++)
        if(num % i == 0)
            return 0 ;
    return 1 ;
}

2.素数普通筛

const int maxn = 1e7;
bool isPrime[maxn+10];
int prime[maxn+10];
int count = 0;


//普通筛法 
void getPrime(){
    memset(isPrime, 1, sizeof isPrime);
    isPrime[1] = isPrime[0] = 0;
    //筛出bool数组 
    for(int i=2; i*i<=maxn; i++){ //如果想在这里直接把素数打入prime数组里那么这里i<maxn 
        if(isPrime[i]){
            for(int j=2; j<=maxn/i; j++){
                isPrime[i*j] = 0;
            }
        }
    }
    //根据bool数组把素数打入素数表 ，如果只要判断素数则以下代码可注释 
//    for(int i=0; i<maxn; i++){
//        if(isPrime[i])
//            prime[count++] = i;    
//    }    
}

3.素数线性筛

保证每个素数只会被筛一次

//线性筛法
bool check[maxn + 10];
int prime2[maxn + 10];
int count2 = 0; 
void getPrime2(){
    memset(check, 1, sizeof check);
    check[0] = check[1] = 0;
    for(int i=2; i<=maxn; i++){
        if(check[i]){
            prime2[count2++] = i;    
        }
        for(int j=0; j<count2; j++){
            if(i*prime2[j] > maxn) break;
            check[i*prime2[j]] = 0;
            if(i%prime2[j] == 0) break;
        } 
    }    
} 

4.素数区间筛

给定整数a和b，请问区间[a,b]内有多少个素数？ 

a<b<=10^12

b-a<=10^5

因为b以内合数的最小质因数一定不超过sqrt(b),如果有sqrt(b)以内的素数表的话，就可以把筛选法用在[a,b)上了.

先分别做好[2,sqrt(b)]的表和[a,b]的表，然后从[2,sqrt(b)]的表中筛得素数的同时，也将其倍数从[a,b)的表中划去，最后剩下的就是区间[a,b]内的素数了。

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;
typedef long long ll;

const int maxn = 2e5+10;

bool isPrimeSmall[maxn];
bool isPrimeBig[maxn];

ll  getInterval(ll a, ll b){
    memset(isPrimeSmall , 1 , sizeof isPrimeSmall);
    memset(isPrimeBig , 1 , sizeof isPrimeBig);
    isPrimeSmall[0] = isPrimeSmall[1] = 0;
    for(ll i = 2; i*i<b; i++){
        if(isPrimeSmall[i]){
            for(ll j=2*i; j*j<b; j+=i){
                isPrimeSmall[j] = 0;
            }
            for(ll k = max(2LL, (a+i-1) / i) * i; k<=b; k+=i){
                isPrimeBig[k - a] = 0;
            }
        }
    }
    ll ans = 0;
    for(ll i=0; i<= b-a; i++){
        if(isPrimeBig[i])    ans ++;
    }
    
    if(a == 1)    ans--;//防止1被当成质数 
    return ans;
}



int main()
{
    ll a,b;
    int t;
    scanf("%d",&t);
    int cas = 1;
    while(t--)
    {
        scanf("%lld %lld",&a,&b);
        printf("Case %d: %lld
",cas++, getInterval(a,b));
    }
    return 0;
}

小结：当需要频繁地判定素数时需要筛表，否则可以直接进行素数判断。筛表时，如果需要频繁地用素数而不是仅仅需要判定素数，用线性筛，否则用普通筛筛出bool数组即可。

筛表的范围，1e6基本无压力，1e7稍微有点大但能撑得住，1e8筛表速度很慢，1e9无法筛表，时间空间都跟不上。

 注意：如果出现runtime error，可能是

int prime[maxn+10] 数组过大，可以先手动看一下count的值定这个数组的空间。

二、欧拉函数

欧拉函数的定义:

    在数论中，对于正整数N,少于或等于N ([1,N]),且与N互质的正整数(包括1)的个数，记作φ(n)。

     φ函数的值：

     φ(x)=x(1-1/p(1))(1-1/p(2))(1-1/p(3))(1-1/p(4))…..(1-1/p(n)) 其中p(1),p(2)…p(n)为x的所有质因数;

1.直接判断

int Euler(int n){
    int ans = n;
    //这里的n在不断收缩  循环次数上界将越来越小 
    for(int i=2; i<=n; i++){
        if(n % i == 0){
            ans = ans - ans/i; 
        }
        //把该素因子除尽 
        while(n % i == 0)    n = n/i;
    }
    return ans;
}

2.欧拉函数筛表

筛表不太好理解，可以类比质数筛

（1）先锁定欧拉函数计算方法φ(x)=x(1-1/p(1))(1-1/p(2))(1-1/p(3))(1-1/p(4))…..(1-1/p(n)) 其中p(1),p(2)…p(n)为x的所有质因数;

（2）不妨初始化φ(x)=x

（3）每次遇到素因子的时候就乘上一个 p(i)-1 / p(i)，p(i)是x的质因子

#define Max 1000  
int euler[Max];  
void Init(){   
     euler[1]=1;  

     for(int i=2;i<Max;i++)  
       euler[i]=i;  //初始化φ(x)=x
     for(int i=2;i<Max;i++)  
        if(euler[i]==i)  //这个欧拉值没有被更新过则需要更新，保证了进行更新时，i一定是素数
           for(int j=i;j<Max;j+=i)  
              euler[j]=euler[j]/i*(i-1);//先进行除法是为了防止中间数据的溢出   
}

小结：

三、莫比乌斯函数筛

 【莫比乌斯函数】µ（d）参考博客：https://blog.csdn.net/lixuepeng_001/article/details/50577932

【重要性质】

 【反演公式】

【莫比乌斯函数线性筛模板】

const int maxn=1000010;

bool vis[maxn];
int prim[maxn];
int mu[maxn];
int cnt;

void get_mu(){
    mu[1]=1;
    for(int i=2;i<maxn;i++){
        if(!vis[i]){
            prim[++cnt]=i;
            mu[i]=-1;
        }
        for(int j=1;j<=cnt && prim[j]*i<maxn;j++){
            vis[prim[j]*i]=1;
            if(i%prim[j]==0) break;
            else mu[i*prim[j]]=-mu[i];
        }
    }
}

【例题】HDU 1695

【AC代码】

#include<iostream>
#include<cmath>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=1000010;

bool vis[maxn];
int prim[maxn];
int mu[maxn];
int cnt;

void get_mu(){
    mu[1]=1;
    for(int i=2;i<maxn;i++){
        if(!vis[i]){
            prim[++cnt]=i;
            mu[i]=-1;
        }
        for(int j=1;j<=cnt && prim[j]*i<maxn;j++){
            vis[prim[j]*i]=1;
            if(i%prim[j]==0) break;
            else mu[i*prim[j]]=-mu[i];
        }
    }
}

ll a,b,c,d,k;
int main(){
    int t;
    cin>>t;
    get_mu();
    int cas = 1;
    while(t--){
        cin>>a>>b>>c>>d>>k;
        if(k > d || k > b || k == 0){
            cout<<"Case "<<cas++<<": "<<0<<endl;
            continue;
        }
        b = b/k;
        d = d/k;
        ll ans1 = 0;
        ll ans2 = 0;
        for(int i=1; i<=min(b,d); i++){
            ans1 += mu[i]*(b/i)*(d/i);
        }
        for(int i=1; i<=min(b,d); i++){
            ans2 += mu[i]*(min(b,d)/i)*(min(b,d)/i);
        }
        cout<<"Case "<<cas++<<": "<<ans1 - (ans2>>1) <<endl;
    }
}